Jurnal Indonesia Sosial Teknologi:p–ISSN: 2723 - 6609 e-ISSN :2745-5254 Vol. 3, No.1 Januari 2022

## PROTOTIPE SISTEM MONITORING KEBOCORAN PIPA DISTRIBUSI AIR BERBASIS SCADA
Tubagus Sundana 1 , Farchan Aditya Johari 2 , Fathan Al Ariiq 3 . Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung, Indonesia Email : tubagus.sundana.tele418@polban.ac.id 1 , farhanadityajohari12345@gmail.com 2 , fathan.al.tele419@polban.ac.id 3

## Abstrak
Kebocoran  pipa  jaringan  distribusi  air  masih  sering  terjadi  dan  dapat mengakibatkan kerugian yang cukup besar bagi semua pihak yang terlibat, baik itu penyalur  maupun  konsumen.  Maka  dari  itu,  penanganan  terhadap  kebocoran  pipa ini  perlu  cepat  dilakukan.  Metode  yang  digunakan  sekarang  umumnya  masih bersifat  manual,  yaitu  dengan  mengecek  langsung  ke  lokasi  serta  berdasarkan laporan  masyarakat.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  membuat  suatu  sistem  yang dapat memantau kondisi debit air serta melokalisir letak kebocoran dari suatu pipa jaringan  distribusi  air  dengan  memantaunya  pada  suatu  HMI  (Human  Machine Interface)  SCADA,  sehingga  kebocoran  dapat  dideteksi  lebih  dini.  Prinsip pendeteksian kebocoran didasarkan pada teori kontinuitas, debit air saluran masuk harus  sama  dengan  saluran  keluar.  Dua  buah  sensor  flow  meter  digunakan  untuk mengukur d ebit air pada dua titik, jika terdapat perbedaan debit air yang signifikan, maka  dapat  dipastikan  ada  kebocoran  di  antara  dua  titik  tersebut.  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  sistem  berhasil  melokalisir  letak  kebocoran  dan  memberi peringatan  berupa  alarm  pada  HMI.  Alarm  memiliki  3  level,  yaitu  Normal, Warning,  dan  Danger  direpresentasikan  dengan  indikator  warna  hijau,  kuning  dan merah.  Pendeteksian  kebocoran  berhasil  dilakukan  pada  setiap  lokasi  dengan menghitung  nilai  deviasi  antara  dua  titik  pengukuran.  Pada  penelitian  ini  didapat untuk  kondisi  Warning,  deviasi  >  7%  dan  <=10%,  sedangkan  untuk  kondisi Danger,  deviasi>10%,  dimana  terdeteksi  adanya  perbedaan  debit  air  sebesar 18.18% antara flow 1 dan 2  serta perbedaan debit air sebesar 22.22% antara flow 2 dan flow 3, sehingga alarm pun berwarna merah.
Kata kunci : Kebocoran Pipa; Teori Kontinuitas; HMI SCADA; deviasi; flow meter

## Abstract:
Water  distribution  network  pipe  leaks  are  still  common  and  can  result  in considerable  losses  for  all  parties  involved,  both  distributors  and  consumers. Therefore, the handling of this pipe leak needs to be done quickly. The method used today  is  generally  still  manual,  namely  by  checking  directly  at  the  location  and based  on  community  reports.  This  study aims  to  create  a  system  that  can  monitor the condition of water discharge and localize the location of the leak from a water distribution network pipe by monitoring it on a SCADA (Human Machine Interface) HMI, so that leaks can be detected early. The principle of leak detection is based on the  continuity  theory,  where  the  inlet  water  discharge  must  be  the  same  as  the
outlet. By using two flow meter sensors, the water discharge at two points will be measured and if there is a significant difference in water flow, it can be ascertained that there is a leak between the two points. The results showed that the system was successful in locating the location of the leak and giving a warning in the form of an  alarm  to  the  HMI.  The  alarm  has  3  levels,  namely  Normal,  Warning,  and Danger represented by green, yellow and red color indicators. Leak detection was successfully carried out at each location by calculating the deviation value between the two measurement points. In this study, the deviation was >7% and <=10% for Warning conditions, while for Danger conditions, deviation was >10%.

## Keyword: Pipe Leakage; Continuity Theory; HMI SCADA; deviation; flow meter

## Pendahuluan
Air  merupakan  sumber  daya  alam  yang  menjadi  salah  satu  kebutuhan  utama bagi  manusia.  Sumber  daya  alam  ini  perlu  diolah  dan  didistribusikan  untuk mendapatkan  kuantitas  dan  kualitas  yang  cukup  untuk  dikonsumsi  (Kusumawardani, 2011).  Pendistribusian  air  dilakukan  dengan  mendistribusikan  air  dari  instalasi pengolahan  menuju  pemukiman,  perindustrian,  dan  perkantoran  (Tetty,  S.  R.,  Maman, A. and Novian, 2015). Oleh karena itu maka perlu dipastikan bahwa pendistribusian air tidak mengalami kendala seperti kehilangan air atau kebocoran (Pratama Putra, 2014).
Kebocoran  pipa  jaringan  distribusi  air  dapat  menyebabkan  berbagai  kerugian yang berdampak besar bagi pihak-pihak yang terkait dalam sistem perpipaan (Wijaya & Pulungan,  2017).  Sebagai  contoh,  di  Tirtawening  Kota  Bandung  pada  April,  2017 terjadi  kebocoran  pipa  jaringan  air  terdistribusi.  Dengan  adanya  kebocoran  tersebut, yang  mana  semula  pipa  menghantarkan  air  sebesar  ±650  l/detik  berkurang  menjadi ±375  l/detik.  Akibat  pecahnya  pipa  tersebut,  sekitar  102,820  Sambungan  Langganan (SL) terganggu selama 5 hari (PDAM Tirtawening Kota Bandung, 2017).
Penangananan  terhadap  kebocoran  pipa  jaringan  distribusi  perlu  dilakukan dengan  dengan  cepat  agar  meminimalisir  dampak  dari  kebocoran  pipa  jaringan distribusi  (Heston  &  Pasawati,  2016).  Metode  yang  digunakan  untuk  mendeteksi kebocoran  pipa  jaringan  distribusi  umumnya  masih  dilakukan  secara  manual  yaitu dengan  mengecek  langsung  ke  daerah  distribusi  atau  berdasarkan  laporan  masyarakat tentang  adanya  kebocoran  air  pada  jaringan  pipa  distribusi.  Pendeteksian  dengan  cara ini  kurang  efektif  karena  membutuhkan  waktu  yang  cukup  lama  untuk  mendeteksi adanya kebocoran pipa jaringan distribusi ( Hariyanto , Pauzi, & Supriyanto, 2017).
Merujuk  pada  persamaan  kontinuitas,  untuk  aliran  yang  mengalir  pada  pipa dengan volume tetap, selama aliran debit air tetap dan tidak terjadi penambahan cairan, maka  laju  aliran  pada  saluran  masuk  dan  saluran  keluar pipa  harus  bernilai  sama ( Herwindo &  Rahmandani,  2018).  (Munson  B.,  2004)  Jika  terjadi  suatu  kebocoran dalam  sistem  distribusi  fluida,  maka  akan  terjadi  perbedaan  antara  debit  fluida  masuk dan debit fluida keluar.
Berdasarkan  paparan  di  atas,  dengan  menggunakan  dua  buah  sensor  flowmeter yang  ditempatkan  pada  dua  titik  pipa,  dengan  tujuan  untuk  merekam  data  perbedaan
debit  air  di  kedua  titik  tersebut,  maka  dapat  dilakukan  pemantauan  terhadap  jaringan pipa  distribusi  tersebut  guna  mempersingkat  waktu  dan  dapat  mendeteksi  secara  dini letak kebocoran saluran pipa tersebut (Briantama, Akbar, & Aziz, 2021). Maka langkah korektif  bisa  segera  dilakukan  dan  konsumen  tidak  akan  terganggu  terlalu  lama ( Sadeghioon ,  Metje,  Chapman,  &  Anthony,  2014).  Maka  dari  itu,  “Sistem  Monitoring Kebocoran  Pipa  Distribusi  Air  berbasis  SCADA”  ini  dibuat  untuk  memonitoring  dan mendeteksi  lebih  dini  kebocoran  yang  terjadi  pada  saluran  pipa.  Perbedaan  utama penelitian  ini  dengan  penelitian  lain  adalah  digunakannya  sistem  SCADA,  dengan jaringan  RS485,  yang  mana  dapat  menjangkau  komunikasi  beberapa  km.  Dengan adanya penelitian ini maka diharapkan jaringan pipa distribusi air dapat secara realtime terpantau dengan basis SCADA, sehingga memudahkan perawatan dan perbaikan pipa.

## Metode Penelitian
A. Prinsip Kerja Sistem
Deteksi  kebocoran  pipa  pada  sistem  yang  akan  dibuat  ini,  hanya  untuk  kasus pipa saluran utama, artinya belum melewati cabang lain dan pipa pun ditempatkan pada ketinggian  yang  sama.  Cara  kerja  dari  sistem  ini  adalah  dengan  mengukur  debit  air  di setiap  titik  pengukuran,  selanjutnya  akan  dilakukan  perbandingan  jumlah  debit  air diantara  dua  titik.  Sesuai  dengan  persamaan  kontinuitas,  bahwa  laju  aliran  fluida yang masuk  ke  dalam  volume  tersebut  harus  sama  dengan  laju  aliran  yang  keluar  dari volume,  maka  jika  ternyata  ditemukan  debit  air  tidak  sama  diantara  dua  titik,  maka dapat dipastikan kebocoran ada di antara kedua titik tersebut, dengan begitu kita dapat melokalisir  titik  kebocoran.  Pada  penelitian  ini,  diibaratkan  ada  3  titik  pengukuran, seperti ditunjukkan gambar berikut
Gambar-1 Konsep Sistem Deteksi Kebocoran pada Saluran Air Pada  setiap  station  dipasang  sensor  debit  air  dan  pada  sistem  ini  hanya disimulasikan  3  stasiun  pengukuran  artinya  hanya  ada  dua  daerah  perkiraan  titik kebocoran, namun pada realnya tentunya stasiun tersebut dapat diperbanyak.
Gambar-2 Diagram Blok Sistem
Gambar-2 menunjukkan diagram blok sistem. Sistem ini dibangun oleh 3 RTU, yang  mana  masing-masing  RTU  tersebut  disimpan  pada  masing-masing  station pengukuran  debit  air.  Khusus  RTU1,  sekaligus  dapat  mengontrol  pompa  untuk mengalirkan  air.  RTU  dan  MTU  berkomunikasi  melalui  protocol  Modbus  yang  mana pada  MTU  komunikasi  tersebut  di  handle  oleh  OPC,  dalam  hal  ini  menggunakan aplikasi  KepServer.  Data  pada  KepServer  tersebut  akan  ditampilkan  melalui  HMI SCADA, begitupun dengan perintah controlnya.

## B. Desain Perangkat Lunak
Pada  bagian  ini  dibuat  rancangan  layout  untuk  window  pada  HMI.  Berikut rancangan layout HMI:
Gambar-3 Rancangan HMI Utama
1. Alarm dan maintenanace indikator Bagian ini akan menunjukkan indikator alarm dan juga maintenance yaitu berupa lampu. Pada bagian ini berfungsi agar saat terjadi alarm tersebut, perhatian operator dapat langsung tertuju ke bagian ini.
2. Data summary
1 2 3 4 5 6
Bagian  ini  akan  menunjukkan  data  hasil  pengukuran  dari  RTU  dalam  bentuk grafik. Hal ini berguna agar trend dari denit ait dapat cepat dipahami.
3. Tombol navigasi diagram dan koneksi database Bagian  ini  akan  menunjukkan  tombol  navigasi  untuk  berpindah-pindah  ke halaman diagram yang diinginkan serta untuk mengkoneksikan database.
4. Panel kontrol
Bagian  ini  untuk  menempatkan  tombol-tombol  kontrol  seperti  mandatory  dan control pompa.
5. Display
Bagian ini untuk menampilkan diagram yang dipilih pada panel kontrol.
6. Tabel ack alarm
Bagian ini menunjukkan daftar alarm jika ada alarm yang tertigger, dalam hal ini berarti jika ada kebocoran .

## C. Desain Mekanik
Perancangan  mekanik  dalam  alat  ini  sangatlah  penting,  karena  untuk mensimulasikan aliran air. Maka dari itu, pada sistem ini, digunakan pipa PVC ½  inchi sebagai media pendistribusian air. Berikut ini adalah gambaran mekanik dari alat ini .
Gambar-4 Bagian-bagian Mekanik Simulasi Kebocoran Pipa Ada beberapa bagian penting dalam desain mekanik ini,yakni:
A  :  Flow  meter,  dipasang  pada  3  titik.  Kebocoran  akan  dideteksi  di  lokasi  antara titik 1 dan 2 serta lokasi antara titik 2 dan 3 B  :  Keran simulasi kebocoran. Keran ini digunakan untuk mensimulasikan adanya kebocoran, dipasang di dua lokasi. Tempat persisnya diletakkan diantara dua sensor flow meter.
C : Pompa air untuk mengalirkan air ke pipa distribusi.
D : Ember penampung air, untuk sumber penampung air dalam simulasi sistem ini.
D.  Komponen Pendukung Sistem
Sistem ini terdiri dari beberapa RTU, yang mana di dalam RTU tersebut terdapat sebuah  mikrokontroler  dan  sensor.  Berikut  ini  penjelasan  secara  khusus  mengenai komponen pendukung yang digunakan dalam sistem ini:
1. ESP32
Gambar-5 ESP32
ESP32 pada masing-masing RTU befungsi sebagai mikrokontroler dan pengolah atau  pemroses  data  dari  sensor  flow  meter  serta  pemroses command dari  MTU.
Khusus untuk ESP32 pada RTU1 berfungsi juga untuk mengendalikan relay.
2. Flow Meter YF-S201
Gambar-6 Flow Meter
Flow  meter  YF-S201  berfungsi  untuk  mengambil  data  analog  dari  pengukuran debit air dengan menggunakan prinsip efek hal.

## 3. UART TTL to RS485

## Gambar-7 UART to RS485
UART TTL to RS485 berfungsi untuk mengonversi antarmuka UART yang ada pada  ESP32  menjadi  serial  RS485  sehingga  dapat  berkomunikasi  dengan  MTU melalui jaringan RS485.

## Hasil dan Pembahasan
A. Realisasi Perangkat Lunak
Perangkat  lunak  sistem  terbagi  yaitu  tampilah  HMI  dan  juga  koneksi  ke database serta  mekanisme  login  ke  aplikasi.  Berikut  merupakan  realisasi  perangkat lunak sistem:
Gambar-8 Tampilan hasil realisasi HMI Gambar-9 Hasil rekaman database
Data  sudah  berhasil  terkoneksi  dengan database pada  Microsoft  Acces,  dan direkam setiap 5 detik sekali jika tombol connect pada HMI sudah diaktifkan.

## B. Realisasi Perangkat Keras
Gambar-10 Realisasi plant secara keseluruhan
Gambar-11 Realisasi RTU1,RTU2 dan RTU3

## C. Pengujian Sistem
Pengujian sistem dilakukan dalam skala laboratorium, dimana sistem yang diuji masih berupa prototiper. Berikut ini merupakan hasil pengujian daari sistem.
1. Simulasi Alarm Kebocoran
Kebocoran  pipa  dideteksi  dengan  cara  menghitung  deviasi  nilai  hasil pengukuran  flow  meter  pada  titik tertentu,  jika  didapat  perbedaan  yang  signifikan antara  dua  titik  pengukuran  flow  tersebut,  maka  dapat  diduga  terjadi  kebocoran pada titik tersebut. Titik acuan deviasi mengacu pada titik pengukuran sebelumnya. Perhitungan deviasi tidak dimunculkan dalam tampilan HMI, karena sebagai proses latar belakang untuk alarm saja. Deviasi dihitung dengan cara berikut.
Deviasi titik A = 𝐹𝑙𝑜𝑤 1−𝐹𝑙𝑜𝑤 2
𝐹𝑙𝑜𝑤 1 𝑥 100%
Deviasi titik B = 𝐹𝑙𝑜𝑤 2−𝐹𝑙𝑜𝑤 3 𝐹𝑙𝑜𝑤 2 𝑥 100%
Ada 3 indikator level alarm, yakni sebagai berikut.
- Normal, indikator berwarna hijau dan deviasi antara flow meter <=7%.
- Warning , indikator berwarna kuning dan deviasi antara flow meter >7% dan <=10%.
- Danger, indikator berwarna merah dan deviasi antara flow meter >10%.
Dilakukan  beberapa  percobaan  kebococran  pada  beberapa  titik,  berikut  ini merupakan hasilnya.
a. Keadaan Normal
Gambar-12 Tampilan alarm dan trend saat keadaan tidak ada kebocoran Pada gambar diatas, pembacaan sensor flow meter kadang berubah2, hal ini dikarenakan resolusi dari flow meter itu sendiri sebesar 8 L/jam, sehingga ada perbedaan sedikit saja terdeteksinya berbeda 8L/jam .
b. Kebocoran titik A (Antara RTU 1 dan RTU 2)
- Level Alarm Warning (Deviasi Flow >7%)
Gambar-13 Tampilan alarm dan trend saat deviasi flow > 7% dan <=10%
Deviasi titik A = 160−144 160 𝑥 100% =   10%
Oleh karena deviasinya masih 10%, maka indicator alarmnya pun masih berwarna kuning.
- Level Alarm Danger (Deviasi Flow >10%)
Gambar-14 Tampilan Alarm dan Trend saat deviasi flow > 10%
Deviasi titik A = 160−136 160 𝑥 100% = 15%
Pada  gambar  14,  terdeteksi  adanya  perbedaan  debit  air  sebesar  15% antara flow 1 dan 2 sehingga alarm untuk lokasi A pun berwarna merah.
Gambar-15 Proses simulasi kebocoran plant pada titik A
c. Kebocoran titik B (Antara RTU 2 dan RTU 3)
- Level Alarm Warning (Deviasi Flow >7%)
Gambar-16 Tampilan Alarm dan Trend saat deviasi flow >= 7%
Deviasi titik B = 160−144 160 𝑥 100% = 10%
Pada  gambar  16,  terdeteksi  adanya  perbedaan  debit  air  sebesar  10% antara flow 2 dan 3 sehingga alarm untuk lokasi B pun berwarna kuning.
Gambar-17 Proses simulasi kebocoran pada titik B saat deviasi flow > 7%
- Level Alarm Danger (Deviasi Flow >10%)
Gambar-18 Tampilan Alarm dan Trend saat deviasi flow > 10%
Deviasi titik B = 152−112
152 𝑥 100% = 26.31%
Pada  gambar  18,  terdeteksi  adanya  perbedaan  debit  air  sebesar  26.31% antara flow 2 dan 3 sehingga alarm untuk lokasi B pun berwarna merah.
Gambar-19 Proses simulasi kebocoran pada titik B saat deviasi flow > 10%
d. Kebocoran dua titik (Lokasi A dan B)
Gambar-20 Tampilan alarm dan trend saat simulasi kebocoran pada kedua titik
Deviasi titik A = 176−144 176 𝑥 100% = 18.18%
Deviasi titik B = 144−112
144 𝑥 100% = 22.22%
Pada  gambar  20,  terdeteksi  adanya  perbedaan  debit  air  sebesaar  18.18% antara flow 1 dan 2  serta perbedaan debit air sebesar 22.22% antara flow 2 dan flow 3, sehingga alarm untuk lokasi A dan B pun berwarna merah.
Gambar-21 Proses simulasi kebocoran pada kedua titik (titik A dan B)
2. Simulasi Kerusakan
Simulasi  kerusakan  dilakukan  dengan  memutus  hubungan  pompa  ke  sumber listrik  AC,  kemudian  dicek  apakah  sinyal  pantul  terdeteksi  atau  tidak.  Gambar  di bawah  menunjukkan  saat  status  tombol  aktuator  dan  status  sinyal  pantul  tidak sesuai, sehingga alarm kerusakan pompa menjadi aktif.

## Gambar-22 Tampilan HMI saat pompa dalam keadaan rusak Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  perancangan  dan  pengujian  pada  sistem,  diperoleh  bahwa sistem yang dibuat sudah dapat melokalisir letak kebocoran pipa distribusi air pada dua lokasi, dengan menggunakan 3 titik pengukuran. Komunikasi terminal RTU pada setiap titik menggunakan jaringan RS485. Bagian HMI memiliki 3 level alarm, yaitu Normal , Warning, dan Danger yang  masing-masing  direpresentasikan  dengan  indikator  warna hijau,  kuning  dan  merah.  Pendeteksian  kebocoran  berhasil  dilakukan  dengan menghitung nilai deviasi antara dua titik pengukuran. Pada penelitian ini didapat untuk kondisi Warning, deviasi  >  7%  dan  <=10%,  sedangkan  untuk  kondisi Danger , deviasi>10%.

## Bibliografi
Briantama,  uyun,  akbar,  ahmad  anugrah,  &  aziz,  mohamat  n.  U.  R.  Rohman.  (2021). MODIF: Sistem Monitoring Pengukuran Debit dan Kecepatan Air Berbasis LORA & ESP8266 Dalam Mendukung Estimasi Daya Kerja yang Dihasilkan Mikrohidro dan Wilayah Konservasi Air pada Embung Kladuan .
Hariyanto,  Duwi,  Pauzi,  Gurum  Ahmad,  &  Supriyanto,  Amir.  (2017).  Deteksi  Letak Kebocoran  Pipa  Berdasarkan  Analisis  Debit  Air  Menggunakan  Teknologi  Sensor Flowmeter  Berbasis  TCP/IP. Jurnal  Teori  Dan  Aplikasi  Fisika , 5 (1),  25–30. DOI: http://dx.doi.org/10.23960%2Fjtaf.v5i1.1355
Herwindo,  Wildan,  &  Rahmandani,  Dadan.  (2018).  Kajian  Rancangan  Irigasi  Pipa Sistem Gravitasi. Jurnal Irigasi , 8 (2), 126–137. DOI: http://dx.doi.org/10.31028/ji.v8.i2.126-137
Heston,  Yudha  Pracastio,  &  Pasawati,  Nur  Alvira.  (2016). Analisis  Faktor  Penyebab Kehilangan  Air  PDAM  (PDAM  Water  Loss  Factors  Analysis) . Pros.  Temu  Ilm. IPLBI , 2016 , 1–6.
Kusumawardani,  Deni.  (2011).  Valuasi  ekonomi  air  bersih  di  Kota  Surabaya. Jurnal Ekonomi Dan Bisnis Airlangga , 21 (3). DOI 10.20473/jeba.V31I22021.74-82
Munson B., dan D. Young. (2004). Mekanika Fluida . Jakarta.
Pratama  Putra,  Juliansyah.  (2014). Studi  Kehilangan  Air  pada  Jaringan  Distribusi PDAM di Jalan Soekarno-Hatta Palembang dengan Metode DMA (District Meter Area) . Politeknik Negeri Sriwijaya.
Sadeghioon,  Ali  M.,  Metje,  Nicole,  Chapman,  David  N.,  &  Anthony,  Carl  J.  (2014). SmartPipes:  smart  wireless  sensor  networks  for  leak  detection in  water  pipelines.
Journal of Sensor and Actuator Networks , 3 (1), 64–78. https://doi.org/10.3390/jsan3010064
Tetty,  S.  R.,  Maman,  A.  and  Novian,  A.  S.  (2015). Perancangan  Prototipe  Sistem Pemantau  Kebocoran  Pada  Pipa  Distribusi  Air  Menggunakan  Protokol Zigbee/Ieee 802.15.4 Dan Platform M2m . e-Proceeding of Engineering .
WIJAYA,  HANDI  T.  I.  O.,  &  PULUNGAN,  DWIKI  M.  PAMORA.  (2017). Analisa kehilangan  air  pada  jaringan  pipa  distribusi  air  bersih  dengan  metode  district meter  area  di  kawasan  karangan  rambang  kapak  tengah  prabumulih .  Politeknik negeri sriwijaya.